不同改良措施对滨海重度盐碱地的改良效果分析

田 冬，桂 丕，李化山，彭 冲，张 波，王 丽，周桂英，裴福云

(深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东深圳 518040)

【研究意义】我国盐碱地分布广泛，约有9.9×107hm2，其中滨海盐碱地占比近40%［1］。土地盐碱化已成为制约生态环境建设和经济发展的突出问题，因此，盐碱地改良治理技术一直是国内外学术界研究的热点。【前人研究进展】当前盐碱地改良措施主要有:物理、水利、化学和生物4种［2］，均在改善土壤理化性质、脱盐抑碱和促进植物生长方面发挥着重要作用。水利工程措施是目前盐碱地治理中普遍采用的一项传统技术，在盐碱地治理中占有重要地位。水利改良包括灌溉洗盐、排水脱盐、节水控盐等方法［3］。它的优点是能快速降低地下水，排盐、排水快，阻控盐效应明显，短时间内能达到脱盐抑碱效果［4］;但它也存在一定局限性，如不节水、投资大，维护费用高，大面积开挖动土破坏生态环境，且随着时间的推移出现表层返盐现象［5］。化学改良剂简便易行、成本低、效果快，能改善土壤理化性状，降低土壤盐分［6］，减轻盐害，增加土壤养分，应用也较为广泛。但目前常用的改良剂存在改良效果单一、持效时间短、有二次污染的风险等问题［7］。总之，各种措施在改善土壤结构、降低土壤盐分等方面都有效果。【本研究切入点】目前在盐碱地的治理上，仍然存在措施单一，只洗盐，不培肥，重工程，轻生态的现象，难以实现盐碱地长效生态改良与可持续性发展，并未从根本上解决盐渍化问题8］。滨海盐碱地由于盐碱化严重、生态环境脆弱和景观绿化困难复杂性，决定了治理技术必然从单一向综合治理体系发展［9］，从单纯排盐到脱盐培肥并重转变，不同技术相结合形成工程排盐、化学调理改土、生物生态修复的盐碱地综合生态改良治理技术体系。因此，研发出适用滨海地区盐碱土改良的高效通用型复合改良剂及结合适宜的水利工程措施，创建一套环境友好、经济合理、生态高效的盐碱地综合生态改良治理技术刻不容缓，以此为滨海盐碱地园林景观绿化、园林生态环境构建提供适用的解决方案和技术示范，对解决滨海盐碱地利用开发问题及区域经济的可持续发展具有重要价值和意义。【拟解决的关键问题】本文分析了应用化学改良剂、台田浅地水利排盐工程及复合措施等方法对滨州重盐碱地的土壤改良效果和栽植的植物生长的影响，以期为滨海盐碱地的生态改良提供理论依据和技术。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地点位于滨州市无棣县滨港五路附近，地理位置 N38°0'59″、E117°53'3″，土地为未利用的盐渍化荒地，地貌类型为滨海平原，地势低洼，土壤类型是典型的滨海重度盐渍化潮土，地下水矿化度高，土壤性状差，0～20 cm土层含盐量为7.14%，pH为 8.62，容重平均为 1.50 g/cm3，电导率为 10 000 us/cm，阳离子交换量 3.72 cmol/kg，有机质 4.38 g/kg，碱解氮 85.43 mg/kg，有效磷 1.61 mg/kg，速效钾216.67 mg/kg。气候类型为暖温带季风型，年均气温约13.1℃，多年均降水量约523 mm，降雨时空分布不均，7、8月降水量占全年总降水量的59.4%，夏涝、春旱现象突出。试验地为光板盐碱地，无任何植物生长，四周零星分布着耐盐野生植物芦苇(Phragmites australis)、柽柳(Tamarix chinensis)和碱蓬(Suaeda glauca)，生态环境脆弱。

1.2 试验材料

试验材料所用的铁汉生态改良剂(自制)，磷石膏、聚丙烯酰胺、园林废弃物腐熟二次料、微生物菌剂重量比按 3500∶15∶10 000∶5混合，pH 为 4.5，含有机质17.35%，CaSO4·2H2O 38.52%，有效活菌数≥2.1×106个/g。禾康改良剂购自北京飞鹰绿地科技发展有限公司，主要成分为阴离子有机酸。排盐管为110 mm管径的 HDPE波纹螺旋管，于当地建材市场采购。防渗膜为HDPE材质，厚度为0.7 mm，由泰安金驰华易土工材料有限公司提供。供试植物:柽柳(Tamarix chinensis)、金叶女贞(Ligustrum vicaryi Hort)、鸢尾(Iris tectorum Maxim)和马蔺(Iris lactea.var.chinensis)的株高分别为 70、30、30和30 cm，购自当地花木市场。

1.3 试验设计

本试验于2017年5月1日至2017年11月1日开展水利工程排盐、复合改良剂化学调理改土、植物生态修复的综合措施改良滨海盐碱地试验。试验共设置6个处理:A(暗管排盐工程)、G1(15000 kg/hm2铁汉生态改良剂)、G2(50 kg/hm2禾康改良剂)、T(台田浅池水利排盐工程)、TG1(台田浅池+15 000 kg/hm2铁汉生态改良剂的综合改良措施)、TG2(台田浅池+50 kg/hm2禾康改良剂的综合改良措施)，并以无任何改良措施为对照(CK)，每个处理重复3次，小区采用随机区组排列。每个小区面积为50 m2，共计1050 m2。各小区四周围畦作垄，以保证每个小区独立排水和排盐，垄高0.4 m、宽0.5 m，并在小区四周埋2 m深防渗膜，此外，小区之间有2 m宽的隔离带。各处理的肥料施用量一致，施用尿素300 kg/hm2，过磷酸钙225 kg/hm2，磷酸二氢钾120 kg/hm2。

试验施工步骤如下:①台田浅地排盐工程按如图1所示进行挖土方，沿水平面开挖2 m深浅池，将挖出的土方堆于两侧形成梯形台田，台田高2.7 m，台顶宽2.5 m，台底宽4 m，长10 m。暗管排盐工程:开挖深度低于地下水水位的排碱沟，沟底铺设5 cm厚的细沙，再铺设管径为110 mm HDPE波纹螺旋管，排碱管坡度为5‰，回填土。②场地平整后用大水漫灌进行洗盐;③待样地土壤微干后，按处理施加改良剂、肥料并旋耕均匀，旋耕深度约为30 cm;④于2017年5月1日将每个小区划分为面积均等的4个小地块，每个地块种植长势一致的应试植物，其中鸢尾、马蔺、金叶女贞各120株，柽柳8株，栽种后植物上方搭设遮阴网减少水分蒸发，根据植物生长状况和天气情况每隔5～7 d，浇水1次，每次浇透直至试验结束。

1.4 样品采集与测定

土壤于初期(2017年5月1日)及末期(2017年11月1日)在试验小区对角线上取5点样，四分法采集1 kg的混合表层(0～20 cm)土样，采好的土壤于实验室自然风干，挑除细根，研磨并分别过2、0.25 mm尼龙筛，保存备用。土壤pH用pHs-2C型数字酸度计测定，水土比为5∶1;土壤电导率EC用DDS-11A型电导率仪测定，水土比5∶1;阳离子交换量(CEC)采用BaCl2-硫酸强迫交换法测定;土壤全盐含量采用重量法测定，水土比为5∶1。土壤孔隙度和容重，采用环刀法;土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾测定的具体方法步骤见鲍士旦的土壤农化分析［10］。各区每种植物选取长势均匀且具有代表性的5株用卷尺测定株高，统计植物成活率。

图1 台田浅池侧视图Fig.1 Side view of taitian shallow-water conservancy project

1.5 数据处理

试验数据采用 Microsoft Excel(2007)、SPSS21.0进行统计分析，多重比较采用 Duncan法(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同改良措施对土壤物理性质的影响

土壤容重和孔隙度直接影响土壤的通气性和透水性［11］，是决定植物根系生长和土壤盐分向下层淋溶的重要土壤物理性表征指标。对盐碱地土壤容重的分析有利于判断复合改良剂与水利排盐工程对土壤的改良效应。从表1可以看出，与对照CK(1.61 g/cm3)相比，G1、TG1和 TG2的土壤容重显著降低，其中 G1、TG1的土壤容重最小，在1.30 g/cm3左右变化，比较接近《园林栽植土质量标准》中园林建植土容重建议值［12］，而 T、G2、A 与 CK 之间的土壤容重无显著性差异，其容重在1.50～1.52 g/cm3范围内变化。这说明复合改良剂结合水利排盐工程的综合改良措施(TG1、TG2)对土壤结构改良效果优于传统的复合改良剂(G1、G2)或台田浅地水利排盐工程(T)单一措施。

结构良好的土壤应具有适宜的固、液、气三相比，孔隙度可反映土壤孔隙状况和松紧程度，土壤孔隙度的提高有利于植物根系生长和土壤盐分的淋溶，有利于增强土壤的排盐作用。由表1可以看出，G1、TG1、TG2处理的土壤孔隙度均显著高于CK对照，而A、G2、T与CK差异不显著，虽然各处理的土壤孔隙度均有所提高，但大部分处理的孔隙度仍不满足园林种植土土壤孔隙度要求，仅TG1的土壤孔隙度达到《园林栽植土质量标准》中园林种植土建议值［12］。

孔隙比是土体中孔隙体积与土粒体积之比，反映土壤的密实程度，一般，结构良好的表层土壤孔隙比 ＞1.0［13］。与 CK 相比，6 种措施的孔隙比均有所增加(表1)，大小表现为TG1＞G1＞TG2＞G2＞A＞T＞CK，其中 TG1、G1、TG2显著高于 CK，比 CK 分别提高 80.00%、50.77%、40.00%。

综上所述，综合改良措施TG1对滨海盐碱地容重的降低和孔隙度的增加起到了良好效果，使土壤变得疏松、通气透水性能增强，可作为改良滨海盐碱地土壤结构的优选，次优是复合改良剂G1的使用。

2.2 不同改良措施对土壤化学性质的影响

2.2.1 不同改良措施对土壤pH值的影响 pH是土壤的重要化学性质之一，是评价土壤碱化程度的一个重要指标。一般盐碱土的pH在8.5以上时，土壤中磷、锌、铜、铁、锰等微量元素的有效性较低，一般植物根系生长困难，只有少数耐盐碱的植物能够正常生长。因此，降低土壤pH值是盐碱地改良中的重要环节。由图2可知，各处理较CK的土壤pH均显著降低，其中TG1的土壤pH最小，为7.38，其次是 G1、G2、TG2，比 CK 显著降低了0.90 ～0.98个pH单位，而A改良土壤pH的效果最差，但比CK也显著降低约0.70个pH单位。整体来看，虽然各措施均能显著降低土壤pH，但水利排盐工程单一措施T改良盐碱地土壤pH的效果差于综合改良措施(TG1、TG2)。这可能是水利排盐工程的良好排灌条件有利于土壤洗盐，化学改良剂禾康G2主要成分为高浓度柠檬酸，可与盐碱土的碱性盐发生中和反应［14］;此外，复合改良剂G1中存在大量含钙磷石膏能置换土壤中的钠离子，钙离子与碳酸根离子生成碳酸钙［15］;改良剂G1含有腐熟园林废弃物还可通过提高微生物活性和改善土壤性质来降低pH，植物根系活动分泌的有机酸也能降低土壤碱度，所以复合改良剂与水利排盐工程措施结合能强化盐碱地改良效果。

表1 不同处理对土壤物理性质的影响Table 1 Effect of different measures on soil physical properties

图2 不同处理对土壤pH值的影响Fig.2 Effect of different measures on soil pH

2.2.2 不同改良措施对土壤盐分的影响 盐碱地限制作物正常生长的最主要的障碍因素是土壤盐分过高，含盐量和酸碱度是滨海盐碱地土壤区别于其它类型土壤的两项指示性指标［16］，因此，改良盐碱地的关键是降低土壤盐分。土壤盐分频繁地受土壤地下水、降雨和蒸发作用影响，不断在土壤中随水运移，因此可溶性盐在土壤表层聚集是盐渍化土壤的最明显的特征，盐碱地改良常出现返盐现象。

如图3所示，施用改良剂与水利排盐工程措施都可显著降低土壤含盐量，但处理间存在显著差异，各处理的土壤含盐量由低到高顺序依次为:TG1＜TG2＜G1＜T＜G2＜A＜CK，与对照CK的土壤含盐量(58.70 g/kg)相比，TG1、TG2降低程度最大，降低42.10 ～45.70 g/kg，降幅在71.72%以上，T、G1、G2 也显著降低了 34.20 ～36.70 g/kg，降幅达 58.26%以上，且T、G1、G2间差异不显著。这表明各改良措施均显著降低了滨海盐碱地的含盐量，盐碱化程度得到了明显改善，且综合改良措施的改良效果优于复合改良剂、水利排盐工程单一措施，复合改良剂G1与G2之间对土壤盐分的影响无显著差异。盐碱地改良最核心的环节是彻底降低表层土壤盐分含量，水利工程措施是盐碱地改良的重要途径［17］，挖筑台田抬高了地面，增大台面和地下水位之间的距离，改变土壤水分的分布，减弱毛管作用，减少土壤表面水分蒸发［18］，最终抑制盐分的表聚和减少盐分在根区的积累［19］。同时，化学改良剂可降低土壤容重和提高土壤通气透水性，有利于盐分的下渗，通过灌溉或自然降水，可以使台田土壤中盐分淋洗至浅地，并及时排出［20］。复合改良剂还可通过生物络合及置换反应加快钠离子的置换和淋洗。因此，综合改良措施对盐碱土进行改良，起到了更好的改土脱盐效果。

图3 不同处理对土壤含盐量的影响Fig.3 Effect of different measures on soil salt content

2.2.3 不同改良措施对土壤养分的影响 土壤有机质是衡量土壤养分质量的最重要指标，是植物营养元素的直接来源，也是形成土壤团粒结构的主要胶结物质，同时对土壤理化性质(如保水性、热量状况、代换性和缓冲性等)也有重要影响。不同改良措施的土壤有机质含量如表2所示，各处理的土壤有机质含量呈不同程度增加的趋势，有机质含量变化范围为 5.48 ～22.60 g/kg。与对照相比(6.24 g/kg)，经过不同措施改良后，各处理有机质含量增加了0.89 ～16.36 g/kg，其中 TG1 处理最高(22.60 g/kg)，其次是TG2、G1 处理，均值在15.50 g/kg以上，约为CK的2.5倍，各处理(除TG1外)土壤有机质都尚未达《园林栽植土质量标准》要求的有机质含量 ＞20 g/kg的土壤质量标准［12］，由此可见，TG1可作为提高盐碱地有机质含量的优选措施。改良剂G1含有腐熟的二次料，施入盐碱地可以直接提高土壤有机质含量，同时，微生物菌剂成分能促使土壤微生物大量繁殖，促进土壤有机质的生成。因此，改良剂G1不仅能促进盐碱地盐分降低，改善土壤的理化结构，促进土壤团聚粒形成，而且还能增加土壤有机质，提高土壤肥力。

土壤碱解氮含量与土壤有机质含量规律类似，也以TG1的土壤碱解氮含量(134.00 mg/kg)显著高于其他处理，是 CK(95.30 mg/kg)的1.41倍;其次是G2、TG2，G1、A与CK差异不大。盐碱地土壤pH高，微生物活动弱，磷素有效性较低。因此，盐碱地有效磷是植物正常生长的限制性因子。在盐碱地改良时应适当提高磷肥的施用量，利用磷石膏、磷矿石改良土壤。与对照相比，各处理的土壤有效磷含量均显著降低，其中T、G1、G2的土壤有效磷含量最低，在1.00 mg/kg以下，土壤极度缺磷，TG1、TG2 也显著降低60.34% ～64.08%。这说明无论是施加改良剂和水利排盐工程单一措施，还是综合改良措施均显著降低土壤有效磷含量。以往研究证明，改良剂中有机酸能够溶解和释放难溶性磷，向植物可直接吸收利用的有效态转化，可提高土壤磷素的有效性，减轻磷素的固定［21］，这与本试验呈现不一致的结果，可能是改良剂的使用促进了植物生长，增加植物生物量，植物吸收部分较对照CK多，并且土壤结构改良促进了磷素淋洗流失［22］。

从表2可知，各处理的土壤速效钾含量从高到低的顺序依次为G1＞G2＞CK≈TG1≈TG2＞A＞T，G1、G2的土壤速效钾含量较 CK(230.00 mg/kg)分别显著提高30.87%、24.35%，而A、T处理则分别显著降低28.26%、46.09%，TG1、TG2 与 CK 差异不显著。说明，施用改良剂有利于土壤速效钾的提高，而综合改良措施对土壤速效钾的影响不明显。原因可能是，一方面，有机酸根能水解络合铝硅酸盐矿物，活化土壤矿物钾，减少土壤固钾。此外，改良剂的施用改善了土壤结构，有利于土壤团粒形成，增加好氧微生物对土壤磷、钾的活化［23］。同时，复合改良剂G2含有多种芽孢杆菌，施入土壤可激活土壤微生物活性，促进微生物解磷溶钾，因此，施加复合改良剂G1、G2能显著提高土壤速效钾。另外，钾素是植物生长的必需大量营养元素，随着植物生物量的增大，植物不断从土壤吸收速效钾;综合改良措施增加土壤透水性，灌溉洗盐时土壤钾素也容易随水大量流失，如果土壤钾素得不到及时补充，土壤钾素就会处于亏损状态，从而土壤速效钾含量可能降低［22］，这可能是造成TG1、TG2与CK的速效钾含量不存在显著性差异的原因。

表2 不同处理对土壤养分的影响Table 2 Effect of different measures on soil nutrients

2.3 不同改良措施对耐盐植物生长的影响

由表3可以看出，实施不同改良措施后4种植物的成活率均显著高于CK，成活率均在40%以上，各植物不同处理的成活率由大到小顺位大致为TG1＞TG2＞G1≈T＞G2＞A ＞CK，TG1、TG2处理下4种植物成活率显著高于G2、A，G2、A显著高于CK，CK处理下仅有强耐盐植物柽柳存活，而鸢尾、马蔺和女贞均全部死亡。从前文可知，CK处理的土壤pH值和全盐含量均远远超过大部分植物生长允许阈值，所以盐害导致大部分植物根系难以生长。经土壤改良后，马蔺和柽柳的成活率均较高，因此马蔺和柽柳可作为滨州地区园林绿化景观的原土改良先锋植物。

各改良措施处理的植物株高均显著高于CK植株(表3)，T、TG1、TG2处理下4种植物的株高均显著高于其他处理，复合改良剂G1、G2处理下4种植物的株高与A处理均不存在显著性差异。可见复合改良剂对植物生长的影响不明显，只有综合改良措施才能显著促进植物生长。仅从植物存活率和株高来看，TG1处理是改良盐碱地和建立生态植被的优选措施，TG2次之。

表3 不同处理对植物成活率与株高的影响Table 3 Effect of different measures on plant survival rates and height

3 讨论

盐碱地改良是一个世界性难题，单一措施很难达到改良目的，因此，将盐碱地土壤化学改良与各种水利排盐工程结合的综合改良措施是盐碱地治理中行之有效的方式［24］。本文对比分析了施用土壤改良剂、台田浅地水利排盐工程措施和综合改良措施对滨海重度盐碱地土壤改良和栽培的植物生长的影响，各改良措施均能有效降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增强土壤透气性，土壤有机质和土壤养分得到明显改善。各改良措施均能显著降低土壤pH和含盐量，其中综合改良措施TG1改善土壤结构和促进土壤脱盐效应最显著，其pH、含盐量分别较对照CK降低13.38%、77.85%。一方面，改良剂 G1中的腐殖酸等酸性物质可与盐碱土的碱性盐发生中和反应，含钙磷石膏能置换土壤中的钠离子［14］;同时，施加化学改良剂能降低土壤容重，提高土壤通气透水性，有利于盐分下渗。另一方面，台田切断土壤上升毛细管，减少土壤盐分向上迁移，灌溉可以将盐分淋洗到浅地，并及时排出［7］。因此，综合改良措施脱盐改土的效果优于单纯的施加改良剂和水利排盐工程措施。

改良剂G1含有腐熟的园林废弃物，施入盐碱地可以直接提高土壤的有机质含量，同时，微生物菌剂成分也能提高土壤微生物数量和丰富微生物群落结构，促进土壤有机质的生成。改良剂中的高活性有机酸能调节土壤pH，改善土壤性质，激活土壤矿物态的营养物质转化为可被植物直接利用的有效养分［21］，提高土壤氮、磷、钾素的有效性，保证植物在盐碱地上正常生长。单纯的水利排盐工程措施灌水洗盐时，易造成土壤养分流失［25］。因此，与对照相比，施加化学改良剂能增加土壤速效养分，而水利排盐工程措施不存在显著性差异。本研究发现，综合改良措施TG1、TG2并未提高土壤有效磷和速效钾，这可能是土壤速效养分始终处于动态变化中，不仅与土壤性质有关，而且还与植物生长状况、肥料施用量密切联系［16］。综合改良措施改善土壤结构，降低土壤容重，增强土壤透水性，显著促进植物生长，本文也发现TG1、TG2处理下4种植物的成活率和株高均显著高于其他处理，随着植物生物量的增加，植物吸收带走的部分较对照CK多，并且土壤结构改良促进了磷、钾元素流失［22］。综合表现为TG1、TG2与CK的有效磷和速效钾含量无显著性差异。综合考虑盐碱地土壤结构改善、脱盐改土、土壤培肥和植物生长的综合改良土壤的目的，复合改良剂与水利排盐工程结合的综合生态改良措施TG1处理是盐碱地改良和园林生态植被构建的最优推荐选择，TG2次之。

综合改良措施能改善土壤的结构，降低土壤盐分，提高土壤有机质含量，促进植物的生长，而对土壤速效养分的影响不明显。由于本研究试验开展时间较短，盐碱地改良具有复杂性和长期性的特点，因此，本研究的结果仅为改良措施对盐碱地土壤脱盐培肥的初期效应，未来还需进一步的研究来验证改良效果的长期性。

4 结论

(1)不同处理均降低土壤容重、土壤pH和盐分，提高土壤孔隙度，其中TG1改善土壤结构，促进土壤脱盐效应最显著，其pH和含盐量分别较对照降低13.38%、77.85%，而其他处理的盐碱指标仍高于园林种植土建议值，综合改良措施(TG1、TG2)优于单纯的水利排盐工程措施(A、T)和施加化学改良剂(G1、G2)。

(2)各处理均不同程度地增加土壤有机质和土壤速效养分，土壤有机质含量比对照提高8.89～18.22 g/kg，TG1 最高(22.60 g/kg)，其次是 TG2、G1( ＞15.50 g/kg)，约为对照的 2.5 倍;虽然 TG1、TG2的土壤碱解氮含量显著提高23.70～38.70 mg/kg，但土壤有效磷含量却显著降低，G1、G2显著增加土壤速效钾含量，A、T处理则显著降低28.26%、46.09%。

(3)TG1、TG2处理下4种植物成活率显著高于G2、A，CK处理仅有柽柳存活，柽柳可作为滨海盐碱地综合生态原土改良先锋植物;T、TG1、TG2处理下4种植物的株高均显著高于其他处理，G1、G2与A处理间差异不显著。

综合考虑盐碱地土壤结构改善、脱盐改土、土壤培肥和植物生长的综合改良土壤的目的，复合改良剂与水利排盐工程结合的综合改良措施TG1处理是盐碱地改良和园林生态植被构建的最优推荐选择，TG2次之。